[发明专利]基于3D打印和硼硅酸盐玻璃的脱硫排烟烟囱建造方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程和环境保护技术领域，特别涉及一种基于3D打印和硼硅酸盐玻璃的脱硫排烟烟囱建造方法。

背景技术

我国是世界上煤炭资源的最大生产国，2011年我国的煤炭产量占世界生产总量的50%。我国同时也是煤炭资源的消费大国，消费数额占本国煤炭生产总量的94%。煤是火力发电厂的常用燃料，截止到2011年底，我国发电装机容量10.5亿千瓦，其中，水电2.3亿千瓦，火电7.6亿千瓦，核电1191万千瓦，风电4700万千瓦，即火力发电占我国装机总量的72.4%。煤作为一种化石燃料，其主要的可燃组分是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）和硫（S），其中碳在完全燃烧后生成二氧化碳（CO₂）、氢在燃烧后生成水（H₂O），氮在高温下与氧形成氮的氧化物N_XO，N_XO会污染大气，为有害物质。硫在燃烧后生成二氧化硫（SO₂）和少量的三氧化硫（SO₃）。SO₂和SO₃在与烟气中的水分结合后形成亚硫酸（H₂SO₃）和硫酸（H₂SO₄），会造成烟囱外侧钢筒和金属管道的腐蚀，同时，SO₂和SO₃排放到大气后还会对大气造成污染，导致酸雨和人类的呼吸道疾病。

2011年，我国SO₂排放总量为2218万吨，其中电力行业排放量占45%。为避免或减缓火力发电过程中排放SO₂造成的空气污染，目前最主要和最有效的方法是进行烟气脱硫，其中湿法烟气脱硫是采用最多的脱硫工艺，占世界全部脱硫装置的90%以上。在湿法烟气脱硫过程中，通常采用的方法是石灰-石膏湿法脱硫技术，其具体方法是：首先将石灰石经过破碎、研磨、制成浆液后输送到吸收塔，在吸收塔内浆液经循环泵送到喷淋装置；之后，烟气在吸收塔中与喷淋的石灰石浆液接触，其中的SO₂与CaCO₃反应后生成的亚硫酸钙，亚硫酸钙经氧化处理生成硫酸钙（二水石膏）；最后，硫酸钙从吸收塔中排出。由于石灰-石膏湿法脱硫方法是气-液反应，因此其脱硫反应快、效率高，当脱硫控制措施适宜时，其脱硫率可达90-95%。

但即便是在上述很高的脱硫率情况下，烟气中依然存在未被脱除的SO₂；同时，在燃煤发电过程中，煤中约有0.5-2%的硫在燃烧的过程中被转化为SO₃，在湿法脱硫过程中，相对于SO₂，SO₃的脱除效率较差，大约只有20%的SO₃被脱除，其余的则被烟气带出，同时，烟气中剩余的SO₂，在过量空气存在以及煤燃烧后生成的灰分中V₂O₅的催化作用下，会转化为SO₃。经过湿法脱硫后，烟气的温度会下降，其中的SO₃会溶解于烟气因冷凝而产生的液体中，形成硫酸溶液并造成烟囱的腐蚀。

当烟囱内部的烟气温度低于硫酸的露点温度时，在烟囱的内壁上会出现因冷凝现象而产生的液体，通常称为冷凝液，该冷凝液具有很高的酸度，其pH值通常为2.0左右，根据我国GB50046-2008《工业建筑防腐蚀设计规范》，pH为2.0的硫酸对钢筋混凝土和钢材均表现为强腐蚀作用。要避免冷凝液对烟囱的腐蚀，首先需了解火电厂脱硫排烟烟囱的主要结构型式。火电厂的烟囱依据其结构型式，可分为单筒式、套筒式和多管式。单筒式烟囱主要采用钢筋混凝土结构，内衬材料采用耐火砖、耐酸砖和漂珠内衬砖等，使用耐酸砂浆砌筑而成。套筒式或多管式，外筒一般采用钢筋混凝土结构，内筒使用普通钢、纤维增强树脂和耐蚀金属等。当前，国内外大型火力发电厂一般采用套筒式或多管式，且内筒以钢或纤维增强树脂为主，由于纤维增强树脂通常存在易老化、耐高温性能差和可燃的特性，因此，常使用普通钢来建造烟囱的内筒。